大型甲醇装置Lurgi与Davy合成技术对比
杨振江
[康泰斯(上海)化学工程有限公司,上海 201203]
[摘 要] 甲醇是重要的化工产品,也是重要的化工原料,其消费量仅次于乙烯、丙烯、苯,居有机化工基础原料消费量的第四位。现新建甲醇项目规模多在年产百万吨以上,选择一个好的工艺技术不仅可以降低投资、节约能耗,还可以使装置运行稳定、易于操作和维护。从工艺流程、主要技术参数、主要设备、能耗等方面对Lurgi和Davy的大型甲醇合成技术进行对比,使大家对此2种大型甲醇合成装置的碳转化率、氢转化率、能耗、投资有一个比较清楚的了解,为工艺技术的选择提供一些参考。
[关键词] 大型甲醇装置;合成技术;Lurgi工艺;Davy工艺;技术参数;设备;能耗;对比
[中图分类号] TQ 223.12+1 [文献标志码] B [文章编号] 1004-9932(2017)03-0001-03
0 引 言
甲醇是重要的化工产品,也是重要的化工原料,在有机化工基础原料中,甲醇的消费量仅次于乙烯、丙烯、苯,居第四位。近年来,由于煤化工行业的迅速发展以及市场对甲醇需求的日益增长,新建甲醇装置的规模也越来越大,现多在年产百万吨以上,一些装置甚至达到1 800 kt/a。对于规模如此巨大的生产装置,其技术路线的选择至关重要,一个好的工艺技术不仅可以降低投资、节约能耗,还可以使装置运行稳定、易于操作和维护。
Lurgi与Davy是世界著名的甲醇合成技术提供商,其工艺路线也是当今的主流应用技术,以下以实际项目的工程设计数据为依据,从碳转化率、氢转化率、能耗、投资等方面对此2种工艺的甲醇合成工段进行对比(二者之粗甲醇精馏工段采用的工艺流程相同,故在此不作比较)[1],以供同行参考。
Lurgi与Davy工艺均采用低压气相法,即以CO和H2为原料进行甲醇合成反应,主反应方程式为:
CO + 2H2 = CH3OH(g)-90.8 kJ/mol (1)
当有CO2存在时,CO2按照下列反应生成甲醇:
CO2 + H2 = CO + H2O(g)+41.3 kJ/mol (2)
CO + 2H2 = CH3OH(g) -90.8 kJ/mol (3)
即CO2生成甲醇的总反应式为:
CO2 + 3H2 = CH3OH(g)+ H2O(g)-49.5 kJ/mol
由上述反应方程式可以看出,甲醇合成为强放热反应。
1 Lurgi工艺
1.1 工艺描述
1 000 kt/a Lurgi甲醇合成装置工艺流程见图1。原料合成气经两级压缩及精脱硫后与循环氢混合,进入气冷反应器与反应产物进行换热,换热后进入水冷反应器进行合成反应。2台水冷反应器为并联的轴向反应器[2],顶部设有一汽包对2台反应器连续供水,目的是移走反应热并副产中压蒸汽。反应产物经过换热、冷却后进入到粗甲醇罐中。粗甲醇罐的气相组分主要是H2,一小股气相作为弛放气排出系统,其余气相通过循环氢压缩机升压后与原料合成气混合。汽包中时刻补充锅炉给水,汽包排污水进入低压污水罐中,污水罐副产低压蒸汽,其低压污水经冷却后排出界区。气冷反应器本质上是1台管壳式换热器,但在壳程填充了催化剂,由于甲醇合成是放热反应,反应产物在对合成气进行加热回收热量的同时,其自身温度的降低也有利于反应向正方向(生成甲醇的)进行。
图1 1 000 kt/a Lurgi甲醇合成装置工艺流程图
1.2 物料衡算(表1)
表1 1 000 kt/a Lurgi甲醇合成装置主要流股物料衡算 kg/h
组 分 |
原料 |
循环氢 |
反应器进料 |
反应器出料 |
粗甲醇 |
弛放气 |
轻组分 |
|
|
|
298.56 |
298.56 |
|
重组分 |
|
|
|
385.43 |
385.43 |
|
CH3OH |
2.24 |
4 089.27 |
4 091.51 |
142 706.80 |
138 542.56 |
74.97 |
H2O |
37.30 |
38.92 |
76.04 |
4 437.79 |
4 398.14 |
0.72 |
CO |
114 502.36 |
15 103.55 |
129 605.07 |
15 464.88 |
85.43 |
276.18 |
CO2 |
13 558.60 |
28 466.11 |
42 021.63 |
30 488.81 |
1 502.06 |
520.64 |
H2 |
18 668.23 |
32 338.26 |
51 006.47 |
33 018.62 |
88.90 |
591.46 |
N2 |
3 791.15 |
170 662.97 |
174 456.64 |
174 456.64 |
672.52 |
3 121.15 |
更多内容详见《中氮肥》2017年第3期